• More by Author
• Comments
• Send to a Friend
• Print

Многообразие вариантов исполнения однотипных деталей, выпускаемых по техническим требованиям НК, усложняет учет, хранение и отгрузку продукции, приводит к выпуску большого объема конструкторско-технологической документации, постоянной переналадке оборудования, изготовлению дополнительного обрабатывающего и мерительного инструмента. Однако сама унификация должна проводиться на основе выбора наиболее предпочтительного варианта исполнения с точки зрения повышения надежности и технологичности оборудования.

С этой целью были проведены расчеты циклической прочности оснований фланцево-болтовых соединений четырех типов, отличающихся друг от друга конструктивно.

Использовали метод конечных элементов, методику правил и норм, принятую в атомной энергетике. В расчетах принималось, что соединение нагружено внутренним давлением 42 МПа, соответствующим глубине подвески 3 000 м и плотности пластовой жидкости 1 400Н/м3, давление изменяется циклически от нуля до максимального значения, температура 100 °С. Не учитывались масса узлов погружного агрегата, изгиб корпуса при спуске и в зоне подвески.

Как видно из рис. 1, наибольшие напряжения растяжения в зоне галтельного перехода между фланцем и стенкой. В конструкциях с восемью болтами эти напряжения меньше, чем в конструкции с шестью, так как в этом случае фланец более равномерно прижат к ответной детали.

Результаты сравнительного расчета циклической прочности рассматриваемых оснований приведены в табл. 1.

Здесь надо отметить, что расчеты проводились без учета изгибающих напряжений, которые влияют на показатели циклической прочности.

С целью проверки произведенных расчетов образцы оснований были переданы в ООО «ИМАШ ресурс» и испытаны на электрогидравлической машине МТС-50 производства компании MTS Systems Corporation (США).

Для соединения головки с основанием были использованы специальные высокоресурсные болты производства

ООО «ИМАШ ресурс» М12х1,25 6gx35 10.9 029p (HC.073.02), изготовленные из стали 30ХГСА. Болты затягивались гаечным ключом с моментом затяжки 55 Н•м. Схема нагружения – циклическое растяжение. Цикл нагружения – от нулевой, частота нагружения 2 Гц. Образцы испытывались при нагрузке Pmax= 169 600Н. Минимальное значение нагрузки Pmin= 0…2500 Н.

В процессе испытаний визуально с помощью лупы с семикратным увеличением фиксировалось появление трещины.

Конструктивные особенности образцов и результаты испытаний представлены на рис. 2.

Характер разрушения показан на рис. 3.

Как видно из чертежей оснований на рис. 2, конструктивные отличия состояли в количестве стяжных болтов, толщине фланцев, форме перехода от шейки к фланцу и диаметральных размерах.

Принципиальным результатом испытаний является тот факт, что надежность фланцево-болтового соединения определяется конструкцией основания. Не наблюдались разрушения ресурсного крепежа ни в 6-ти, ни в 8-ми болтовых соединениях. Разрушение болта на образце № 1 (рис. 3) произошло лишь после возникновения усталостной трещины во фланце и развития ее на значительную длину до отверстия.

Результаты испытаний показали, что разрушение оснований всех типов происходит в зоне галтельного перехода. В некоторых случаях (образец 1, 3, рис. 3) трещина развивается к отверстию. Минимальная долговечность была отмечена у образцов 3 и 4, максимальная – у образцов 1 и 2.

Анализируя значение цикличной долговечности оснований можно предположить, что шестиболтовые соединения предпочтительнее восьмиболтовых при разной толщине фланцев и форме галтельного перехода от шейки к фланцу. Однако для более утвердительного вывода число испытаний должно быть увеличено. Как следует из работы [1], где приведены результаты аналогичных испытаний, циклическая долговечность одного типа соединения имела значения 698300, 997 200, 1 225 400 циклов при меньшей величине нагружения Pmax = 135640Н, т.е. полученные в настоящей работе результаты необходимо рассматривать в вероятностном аспекте.

Вместе с тем, циклическая долговечность исследованных фланцево-болтовых соединений приблизительно в 2,5 раза выше, чем соединений, выпускавшихся ранее и результаты испытаний по которым приведены в работе [1].

Выводы:

1. Надежность фланцево-болтового соединения, стянутого ресурсным крепежом, при нормированном уровне затяжки лимитируется усталостными характеристиками основания.

2. Применение восьмиболтового соединения (болты М12х1,25) в данных конструкциях оснований не повышает циклическую долговечность соединения.

3. Полученные результаты используются в компании «Борец» для выбора высокоресурсного основания.

4. Необходимы дальнейшие испытания на усталостную прочность фланцево-болтовых соединений с увеличенной выборкой, в том числе и других производителей.

Авторы благодарят к.т.н. Смирнова Н.И. за оказанную помощь в подготовке статьи.

Литература:

1. Смирнов Н.И., Смирнов Н.Н. Прочность и износостойкость насосов (расчет, испытания, технология). Материалы IX Всероссийской технической конференции «Производство и эксплуатация УЭЦН», 1-4 ноября 2000 года, г. Альметьевск.

• More by Author
• Comments
• Send to a Friend
• Print